2-4-1 HB型马达的构造和动作

HB型马达的转子基本结构如图2.47 所示,沿轴方向磁化的圆筒型磁铁被2个铁制转子夹住,构造外型像是三明治。转子在圆周上刻有齿。2个转子从轴方向观察,安装时齿会偏移1/2齿距。定子有多个有励磁线圈的极,各极上也有与转子相同的齿。

HB马达的转子
                                                  图2.47HB马达的转子

图2.48 是简化的构造图,目的是便于理解HB型的旋转原理。

定子有多个有励磁线圈的极,各极上也有与转子相同的齿。

该图中,定子绕组有4个,夹住转子相对的线圈之间作为2组线圈群进行结合。线圈通电后,相对的2个极会相互变成N极和S极那样进行结合。这里将上下的线圈作为A相,左右的线圈作为B相。

图中的转子有15个齿。白色转子位于靠近自己的一方,假设被永久磁铁磁化成N极。有颜色的齿位于里面,假设被磁化成S极。

HB型马达构造简化图
                                                  图2.48HB型马达构造简化图

那么,让我们通过图2.49 来观察一下其工作的情形。

在初始状态下,对A相通电,使得图中的上极变成S,下极变成N。由于白色的齿为N,因此,会与A相的S极相吸,黑色的齿为S,因此,会与A相的N极相吸。

按下面的顺序来改变线圈的通电状态。预先在最上面的齿上标上●符号,注意位置的变化。

  • 对B相通电,使得右极变成S,左极变成N。靠近自己这边的白色齿会与右极相吸,位于里面的带颜色的齿会与左极相吸。●符号会沿逆时针方向移动。
  • 按与初始状态相反的方向对A相通电。靠近自己这边的白色齿会与下极相吸,位于里面的带颜色的齿会与上极相吸。●符号会继续沿逆时针方向移动。
  • 按与①相反的方向对B相通电。靠近自己这边的白色齿会与左极相吸,位于里面的带颜色的齿会与右极相吸。
  • 按与初始状态相同的条件对A相通电。●符号相对初始状态会偏移1个齿。

这样,通过①~④共4步,转子会朝逆时针方向移动1个齿距。

如果想让其沿顺时针方向旋转,则按④~①的顺序控制通电。

步进马达的动作
                                                  图2.49步进马达的动作

2相HB马达

2相HB马达
                 图2.502相HB马达

前面看到的马达的线圈为A和B共二相。这种马达称为2相HB马达

实际的二相马达见图2.50。这种马达的齿数为50。

二相马达通过4步旋转1个齿距,这种马达通过200步完成1转。

线圈有8个,进行接线,使得相对的励磁极具有相同的极性。

这样的结构会相互消除半径方向的吸引力,减轻轴承负荷。

线圈的缠绕方法

线圈的缠绕方法有2种。

图 2.51(a)所示,在一个极上只缠绕一个线圈称为单线绕组

单线绕组的线圈利用率高,但切换通电方向时,如图 2.52.(b)所示,需使用4个晶体管。这称为双向驱动

单线绕组和双线绕组
                                                  图2.51单线绕组和双线绕组

还有一种绕组方法,如图 2.51(b)所示,在一个磁极(极齿)上重叠绕组2个线圈的方法,这称为双线绕组。双线绕组中,线圈的利用效率会下降,但如图 2.52.(c)所示,选择2个晶体管中的通电方式可更改励磁方向。

双线绕组的线圈表述方法,一般是针对A、B线圈,相反方向接线的励磁线圈在上划一条线,像AB这样进行表示(图2.53)。

励磁回路的基本3种型号
                                                  图2.52励磁回路的3种基本型号
2相步进马达的线圈标注例子
                                                  图2.532相步进马达的线圈标注例子

2相HB马达与后面将要介绍的5相HB马达进行对比,则具有

  • 一般情况是1圈分成200步的马达
  • 驱动电路比5相马达简单

等优点。

5相HB马达

5相HB马达的构造
                 图2.545相HB马达的构造

将线圈设成5组的马达为5相HB马达。图2.54 的马达上有10个线圈,50个齿。与二相马达一样,将相向的线圈设成同极,防止发生径向负载。

5相马达的通电按以下顺序进行。

①将A相设成N→②将B相设成S→③将C相设成N→④将D相设成S→⑤将E相设成N→⑥将A相设成S→⑦将B相设成N→⑧将C相设成S→⑨将D相设成N→⑩将E相设成S

通过以上10步,转子移动1个齿的量,1步移动0.72゜。

与2相马达相比,5相马达具有

  • 每转的分割数较多
  • 励磁状态的扭矩变化小

等优点。

5相HB马达如果直接拉出线圈的配线,则电线会很多。

因此,在很多5相马达中,会先在马达内部对配线进行整理,然后再拉出来。

5相步进马达配线的整理有2种方法。一种是将各线圈的一端全部连接到一起的星形接线。还有一种是将相邻线圈相互连接到一起的五角形接线图 2.55)。

星形接线和五角形接线的励磁方式不同,因此,需确认与马达和放大器励磁方式的适合性。

<小知识> 5相步进马达的特点

5相HB马达的接线方式
                 图2.555相HB马达的接线方式

5相步进马达每旋转1次的脉冲数为5的倍数。变成500或1000。与此对应的是,2相步进马达则为200或400。

自动化设备每转的移动量大多数最好设定成5mm、10mm,而不是2mm,因此,这一点也是采用5相马达的理由。




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